Vibrazioni Generatore Sincrono

[yxes69]

Ciao a tutti.

Vorrei sottoporvi un problema che mi si è presentato e a cui non trovo soluzione.

In una centrale idroelettrica è installato un generatore sincrono da 1600 kVA, 6 kV, 50 Hz, 1000 giri/min in parallelo con la rete a 20 kV accoppiato ad una pelton ad asse verticale a 4 getti.

Questo generatore funziona da 1 anno è mezzo senza problemi.

Fino a qualche settimana fa quando, essendo a basso carico (30-40 kW) ha cominciato a vibrare notevolmente.

Pensando fosse x il basso carico, è stato fermato.

Ho provato a portarlo a carico più alto, manualmente, per pochi minuti (in quanto non c'è un bacino di carico sufficentemente capiente), ma la vibrazione restava.

Poi però dopo osservazioni più attente ho notato che quando gira a vuoto (fino a 950 giri/min circa), prima che venga fornita la tensione d'eccitazione (5 V in continua, in uscita da una scheda elettronica della Marelli, per portare la tensione del generatore a 6000 V) non c'è alcuna vibrazione.

Queste iniziano quando viene applicata la tensione di eccitazione, con un picco al momento dell'inserzione per calare poi leggermente, e permangono anche quando viene effettuato il parallelo con la rete, anche se in questo caso diminuiscono sensibilmente.

Ho visto che prima del parallelo, la tensione d'eccitazione balla, percui ho pensato ad un problema della scheda di regolazione. Sentita la Marelli e dopo aver effettuato regolazioni tramite potenziometri e trimmer per stabilizzare la tensione d'eccitazione, non ho ottenuto miglioramenti.

Allora ho pensato di bypassare la scheda, fornendo tramite un'alimentatore una tensione continua direttamente all'eccitatrice del generatore, in questo modo la tensione rimane costante, ma le vibrazioni permangono.

Ho provato a controllare:

- avvolgimenti dell'eccitatrice - tutto ok;

- avvolgimenti del generatore - tutto ok;

- isolamento verso terra del generatore e dell'eccitatrice - tutto ok;

- diodi raddrizzatori dell'eccitatrice - tutto ok;

- connessioni - tutto ok.

Proprio non capisco da dove derivino le vibrazioni.

Ho chiamato la Marelli per un intervento, ma mi parlano di qualche settimana prima d'intervenire.......

Nel frattempo, qualcuno ha dei suggerimenti?

Grazie mille.

yxes69

[yxes69]

Nessun suggerimento???

Grazie comunque..

Ciao

[Adelino Rossi]

innanzitutto avresti dovuto postare il quesito sul forum blu trattandosi di elettrotecnica "pesante".

innanzitutto c'è il gruppo generatore, l'eventuale moltiplicatore-riduttore ed infine la turbina pelton. di tutto questo sei sicuro che a vibrare sia il solo generatore,?

lo hai determinato con lo strumento di rilevamento delle vibrazioni.

in ogni caso il gruppo non deve vibrare in modo anomalo per qualsiasi tipo di carico, puoi fare anche tenere il parallelo a 0 megawat e non avere problemi.

i problemi possono essere legati ai cuscinetti, alla lubrificazione oppure a qualche problema elettrico, probabile nel tuo caso.

la marelli doveva essere avvisata subito all'inizio del manifestarsi delle vibrazioni.

quando il generatore gira diseccitato è una pura massa di ferro e rame che gira con un punto di equilibrio meccanico dovuto al posizionamento dato dai cuscinetti.

quando dai l'eccitazione e generi il campo magnetico del generatore, questi si posiziona sentendo anche l'influenza dell'eccitazione. quando infine fai il parallelo influisce sulla linea d'assi l'effetto del parallelo che mantiene sincrona la macchina.

possono essere generate anche dagli avvolgimenti che una volta eccitati subiscono gli effetti del campo elettrico e dell'energia generata.

le prove

se le prove che hai fatto sono state fatte con il tester, ti dico subito che sono empiriche e non affidabili. i costruttori hanno della strumentazione apposita per questi controlli e hanno sopratutto i valori di riscontro.

se ci fossero problemi sugli avvolgimenti o sulle testate di questi, troveresti dei valori ohmici normali con il tester ma potrebbero essere lenti nelle cave.

per macchine di questo genere in genere si fa una mappa dei punti misura delle vibrazioni e poi si fanno delle misure specifiche in ampiezza e frequenza da conservare come dati storici e di confronto dei valori letti poi periodicamente, massimo letture trimestrali, riportando i valori limite ai carichi tipici.

occhio alle prove di parallelo con eccitazione manuale senza le schede di controllo.

con questo metodo by passi controlli e protezioni che potrebbero essere importanti.

spiacente, ma non ho consigli, nel caso delle vibrazioni, la questione è molto delicata e va diagnosticata con cura sul posto. sono pericolose, se danneggiano i cuscinetti o altre componenti poi salta tutto.

[yxes69]

Innanzi tutto grazie per la risposta.

Poi chiedo scusa per aver postato nella sezione sbagliata.

Non so se vi è possibile spostarlo, io non ne sono capace.

Riguardo al mio problema, ieri è intervenuta la Marelli (a 2 settimane dalla "chiamata"... visto che c'era di mezzo agosto è andata ancora bene... ) che, come dicevi tu, ha fatto misure di vibrazioni in punti specifici, a vari valori di velocità e tensione, rilevando anche le relative frequenze. Le vibrazioni sono risultate molto elevate (come si vedeva già a vista) alla base nell'ordine di 12 mm/s, in alto addirittura a 40 mm/s.

Hanno misurato le resistenze degli avvolgimenti di rotore e statore dell'eccitatrice e quella di rotore/statore della macchina, nonchè l'isolamento a terra, rilevando valori nella norma.

Abbiamo provato a macchina in funzione, a tenere in trazione il generatore, tramite carroponte e catene in acciaio, per vedere se diminuivano le vibrazioni, che sono rimanste inalterate.

Abbiamo misurato vibrazioni e frequenza in parallelo, a diversi valori di carico.

Ora, in base ai dati raccolti devono eseguire delle analisi in sede, per poi farmi sapere, spero al più presto.

Il tecnico mi ha confidato che non ha mai avuto problemi di questo tipo... (è abbastanza giovane, ma comunque telefonicamente si relazionava coi colleghi "anziani" in sede).

La loro "supposizione" è che ci sia un piccolo corto circuito di alcune spire del rotore, e che il problema venga amplificato da problemi "strutturali".

Io ho risposto loro di escludere invece i problemi strutturali, in quanto le vibrazioni iniziano solo ed esclusivamente quando s'innesta l'eccitazione ed inoltre la macchina girando a vuoto anche in sovravelocità non ha alcuna vibrazione; per di più, a macchina eccitata la cassa della turbina, gli iniettori e i tegoli non vibrano. Moltiplicatori/riduttori non ce ne sono, la turbina è accoppiata direttamente

Che ne pensate?

Ciao,

[Adelino Rossi]

in ogni caso conviene aspettare la diagnosi dei tecnici che hanno sicuramente misurato sulla base di una mappa della macchina.

ti hanno lasciato una fotocopia della mappa misure?

alla base nell'ordine di 12 mm/s, in alto addirittura a 40 mm/s.

effettivamente sono alte.

ma dimmi, che significa alla base e in alto?

forse alla base del generatore e sopra la cassa dello statore?

che ci sia un piccolo corto circuito di alcune spire del rotore

se questa è l'ipotesi, (peraltro possibile) dovrebbero aver rilevato dei valori anomali nei supporti dei cuscinetti del rotore.

il concetto di strutturale probabilmente significa che le vibrazioni pur essendo generate da determinate apparecchiature

si possono trasmettere anche in altre zone anche in modo amplificato attraverso le strutture metalliche.

potresti avere anche la richiesta di una revisione elettrica e meccanica della macchina.

allora sono dolori.

lo sai quante ore di esercizio ha fatto il gruppo dall'ultima revisione.

Io ho risposto loro di escludere invece i problemi strutturali

permettimi di consigliarti di non essere mai convinto a priori del fenomeno ma mantieniti sempre indagatore

ad ampio raggio

[mzara]

Dopo alcuni anni di gestione di alternatori (3 Marelli e un TIBB) posso supporre che si debba indagare sulle legature e sulle bitte di fissaggio degli avvolgimenti, nel caso di macchina non eccitata, questi si comportano come una massa metallica che gira a vuoto, ma in presenza di eccitazione e quindi di forti correnti in gioco, il rotore e tutti i suoi avvolgimenti possono spostarsi anche solamente di qualche decimo di millimetro, causando uno sbilanciamento del pacco che potrebbe indurre le vibrazioni.

Potrei escludere con quasi certezza i cuscinetti (anche se cuscinetti non sono) in quanto la pressione dell'olio riesce a compensare piccole differenze di superficie, sempre se la manutenzione meccanica dell'apparato è stata fatta con cura.

Facci sapere l'esito, sono abbastanza interessato!

[Adelino Rossi]

Sopra: Testata di generatore ad asse orizzontale aperto.

Sotto: Supporto cuscinetto a circolazione d'olio con parte superiore aperta.

L'ipotesi di mzara è possibile.

vedi di capire le ore di marcia della macchina dall'ultima manutenzione

Modificato: 7 settembre 2009 da Adelino Rossi

[yxes69]

La macchina gira da 15000 ore circa, i cuscinetti lubrificati a grasso, con manutenzione regolare non scaldano ne fanno rumori anomali, ne a vuoto ne a carico.

La mappa delle misure dovrebbero inviarmela mercoledì (lunedi e martedi la Marelli è chiusa per una festa patronale).

Ho insistito sull'escludere le vibrazioni strutturali per far si che si convincessero a revisionare la macchina, altrimenti parlavano di bilanciarla "meccanicamente" sul posto, mentre secondo me era preferibile che la portassero in officina per un'analisi più completa (anche se magari più costosa).

Le vibrazioni erano di 12 mm/s alla base del generatore (ad asse verticale), quindi lato accoppiamento, mentre erano 40 mm/s in alto, lato opposto accoppiamento.

Venerdi ho telefonato al service di Marelli ed i tecnici mi hanno riprospettato l'ipotesi del corto circuito e mi hanno confermato di voler analizzare la macchina in officina.

Lunedi e martedi smonto il generatore e lo spedisco in modo che mercoledì sia ad Arzignano (VI).

Vi tengo aggiornati sugli sviluppi e vi ringrazio per i suggerimenti e i consigli.

A presto,

yxes69

[Adelino Rossi]

la soluzione dell'officina è sicuramente la migliore.

15000 ore di marcia non sono molte.

aspettiamo il risultato.

[yxes69]

Mercoledì ho fatto recapitare il generatore alla Marelli.

Venerdì alle 9.00 ho appuntamento in officina, così da vedere di persona lo svolgimento delle prove elettriche (per mia curiosità personale e per incrementare le mie conoscenze, non certo per "insegnare" il lavoro ai tecnici Marelli).

Vi saprò dire i risultati che ne traggono.

Ciao,

yxes69

[Adelino Rossi]

quando vai alla marelli ricordati la macchina fotografica digitale.

le foto sono un documento importante.

[yxes69]

Finalmente oggi sono stato alla Marelli.

L'azienda è grande, ma non grandissima (mi aspettavo qualcosa di più) ma è molto ben organizzata.

Sono stati molto gentili, mi hanno fatto fare un giro dell'azienda, spiegandomi le varie fasi lavorative.

Poi mi hanno portato ad assistere alle prove sul mio generatore (mio si fa per dire).

Ho trovato l'alternatore smontato, rotore da una parte e statore dall'altra.

Avevano già verificato il buono stato dell'eccitatrice, della ruota raddrizzatrice e dello statore, oltre che del pacco magnetico di statore.

A prima vista, (osservandolo pure molto attentamente) l'avvolgimento sembrava in buono stato e non presentava segni di corto circuito evidenti.

Poi in mia presenza i tecnici hanno eseguito le prove sul rotore, misurando come avevo fatto io in centrale, ma con strumentazione + precisa, le resistenze degli avvolgimenti e l'isolamento verso terra, senza riscontrare anomalie.

In più hanno applicato una tensione di 240 V ai capi dell'avvolgimento, per verificare che su ognuno dei 6 poli ci fosse la giusta tensione (240/6 = 40 V circa).

Per far ciò hanno ricavato dei punti di misura su ciascun polo, scorticando i cavi all'inizio e alla fine dell'avvolgimento dello stesso.

Facendo le successive misurazioni hanno rilevato:

- 3 poli con tensione di circa 40 V (38, 36 e 37 V);

- 2 poli con tensione superiore a 40 V (55 e 58 V);

- 1 polo con tensione di 4 V.

Inoltre hanno riscontrato una forte usura degli scudi (ben oltre i limiti di tolleranza) e dei cuscinetti di supporto.

Le loro conclusioni ufficiose (che mi ufficializzeranno lunedì) sono:

- riavvolgimento del rotore, immersione in bagno d'isolamento, prove elettriche e di bilanciamento;

- imbussolamento degli scudi (che non sò cosa voglia dire, ma posso immaginare cerchino di correggerne l'usura in qualche modo) ;

- sostituzione supporti (cuscinetti)

- pulizia completa della macchina;

- montaggio e collaudo;

- eventuale riverniciatura parti esterne (opzionale).

Ora aspetto che quantifichino i costi, per poi prendere una decisione, anche dopo aver sentito il Vs parere d'esperti.

A presto,

yxes69

[Adelino Rossi]

sull'intervento tecnico non entro nel merito sarà sicuramente consono alla situazione.

e dei cuscinetti di supporto.

fatti dire se secondo loro i cuscinetti usurati potrebbero aver fatto lavorare male il rotore

oppure viceversa, se il guasto sul rotore può aver danneggiato i cuscinetti.

quando rimontano il tutto fai la mappa delle vibrazioni, (se possibile) compresa la turbina.

il gruppo ha in genere un funzionamento regolare e lineare oppure ha frequenti

blocchi da pieno carico con passaggio a vuoto?

stesso discorso per le manovre manuali di stacco dal carico, sono in rampa lunga o staccano di colpo?

in avviamento durante la presa giri vengono superate velocemente le velocità meccaniche critiche.

cioè tutte quelle situazioni che possono trasmettere vibrazioni dalla turbina al rotore del generatore.

piuttosto mi sembra che lo stato della macchina che descrivi non sia da 15.000 ore, (due anni circa) ma molte di più.

non ho esperienza diretta nell'idro verticale ma nel termoelettrico le macchine orizzontali lavorano anche 30.000

e più ore prima di una revisione.

[rguaresc]

Quando il rotore e' eccitato ogni polo e' una calamita affacciata allo statore ed e' sede di una forza radiale verso l'esterno. Le sei forze dovrebbero mantenersi uguali. Se un polo va in corto ha una forza molto bassa, mentre cresce quella degli altri poli della serie e questo causa lo sbilanciamento delle forze.

non capisco pero' come potevano essere collegati, il polo da 4 V e' in corto, gli altri dovevano avere la stessa tensione.

Mi sembra improbabile un corto parziale a 4 poli ( 4, 38, 36 e 37 V) su 6.

[yxes69]

La macchina è del 2002. E' rimasta in un magazzino fino a dicembre 2007, con collegamento ed accensione delle scaldiglie nei periodi freddi.

E' stata montata a fine 2007 ed avviata a gennaio 2008 quindi a girato 24/24 h (salvo qualche fermo per mancanza tensione dovuta a temporali ecc...) non ha mai avuto problemi. Funziona normalmente a carico costante (a varie condizioni di carico, a seconda delle stagioni e degli eventi atmosferici) ha brusche variazioni solo quando manca tensione sulla linea o per problemi/guasti, percui la macchina si stacca dalla rete, passando dalla condizione di carico del momento istantaneamente a vuoto. In questo caso la massima velocità che raggiunge e 1300 giri.

L'arresto manuale è graduale e non brusco, anche se è possibile fare lo stop d'emergenza.

Per quanto riguarda i cuscinetti, grazie per il consiglio.

Per quanto riguarda invece le singole tensione dei poli, pensavo che i valori di 36,37 e 38 V fossero normali (perchè vicini a 40) e fossero anormali gli altri... potreste spiegarmi meglio?

Per la mappa vibrazioni: ho ordinato 2 sensori da istallare a bordo macchina per misurare sia le vibrazioni lato accoppiamento sia quelle lato opposto accoppiamento. Pensate sia sufficiente?

Ciao e grazie.

Modificato: 12 settembre 2009 da yxes69

[rguaresc]

i valori di 36,37 e 38 V fossero normali (perchè vicini a 40)

i sei poli hanno lo stesso numero di spire e tipo di conduttore, dovrebbero avere la stessa caduta, circa 240/6 . Se i sei poli sono in serie se uno o piu' poli hanno un corto paziale il totale deve comunque fare 240 V e i poli sani hanno tensione superiore a 40, mentre quelli con tensione inferiore sono guasti. Secondo me il guasto nell'avvolgimento di un polo puo' essere un corto tra le spire o un'interruzione, o un ponte fatto con due masse, ma non un aumento di resistenza.

I numeri che pubblichi hanno un senso se un polo e' in corto ma il collegamento e' un parallelo di due vie con tre poli ciascuna e il parallelo e' alimentato a 120 V; in questo caso il ramo da 38, 36 e 37 V e' di tre poli sani, il totale fa 111.

Nell'altro ramo c'e' un polo quasi in corto ( 4 V), la corrente e' per questo maggiore e sugli altri due leggi 55, 58. Il totale fa 117.

Quando l'eccitazione e' fatta con due vie in parallelo il collegamento e' "inframezzato" cioe' una via poli 1-3-5 per esempio i Nord e l'altra via 2-4-6 per esempio i Sud. puoi risalire alla posizione delle tensioni?.

Modificato: 12 settembre 2009 da rguaresc

[yxes69]

Scusate, ma ricordavo erroneamente i valori delle tensioni misurate su ciascun polo.

Leggendo il report che mi hanno inviato le tensioni sono:

- polo 1 = 4 V.

- polo 2 = 34.8 V

- polo 3 = 55.5 V

- polo 4 = 54.8 V

- polo 5 = 55.1 V

- polo 6 = 34.8 V.

purtroppo non ne conosco le posizioni.

I cuscinetti mi han riferito che secondo loro si sono rovinati a seguito delle vibrazioni e non viceversa, così come gli scudi.

Ciao,

[rguaresc]

Se i poli sono tutti in serie i primi due e l'ultimo sono guasti. I tre poli sani, vicini, erano attratti dallo statore con tre forze grandi perche' avevano tutte le spire sane. I tre poli in corto parziale erano attratti verso lo statore con forze inferiori per le minori amperspire da cui il funzionamento che descrivi:

- con rotore diseccitato tutto OK, non era uno sbilanciamento meccanico

- con rotore eccitato e senza rete il rotore era tirato dalla parte dei poli 3, 4, 5.

- mettendo in parallelo il generatore la rete compensava in parte la minor eccitazione dei tre poli deboli perche' la rete e' in grado di creare un campo rotante come fa la ruota polare. E' quello che succede in un motore che ha lo stesso avvolgimento. La compensazione non e' perfetta perche' l'avvolgimento impedisce di localizzare la corrente magnetizante in corrispondenza dei poli guasti, ma comunque lo squilibrio delle magnetizzazioni dei poli si compensa un po' e in parallelo vibrava di meno.

La questione piu' interessante a cui non so rispondere e' perche' si siano rotti gli avvolgimenti dei tre poli. Il corto tra le spire potrebbe essere causato da una sovratensione entrata nel circuito di eccitazione se i poli 1 e 6 sono il primo e l'ultimo della serie, la sollecitazione di una sovratensione impulsiva e' maggiore per i poli iniziali, mentre per quelli interni si attenua. C'e' qualcosa tra l'eccitatrice e gli anelli del rotore?

[yxes69]

Ciao, finalmente venerdì 09.10.09 mi consegnano il generatore riavvolto, ricollaudato e riverniciato (son passate 4 settimane dalla consegna alla Marelli)..

Rispondendo a rguaresc, posso dire che tra il rotore e l'eccitatrice ci sono dei diodi raddrizzatori, l'eccitatrice è montata direttamente sull'albero del generatore.

Sabato lo monto, rimettendolo in servizio.

Analizzando quanto accaduto prima dei problemi riscontrati, ho scoperto che qualche mese prima, era stato avviato l'impianto per un paio di volte, con conseguente intervento della prot. 50N.

Ho scoperto, che dopo alcune operazioni di manutenzione ai quadri, si era bloccato a metà il sezionatore di terra, che quindi non era completamente disinserito, solo dopo i due blocchi per intervento prot. 50N si sono accorti del fatto.

Credo proprio che ciò abbia causato, con il passare del tempo i problemi verificatisi al generatore.

Che ne pensate?

Ho chiesto alla Marelli, alla luce di quanto visto ed analizzato, di darmi il loro parere circa la causa dei problemi riscontrati...sono in attesa di risposta.

Intanto grazie per i notevoli contributi.

Ciao,

yxes69

[edmondo calia]

Abbiamo provato a macchina in funzione, a tenere in trazione il generatore, tramite carroponte e catene in acciaio, per vedere se diminuivano le vibrazioni, che sono rimanste inalterate.

Complimenti. finalmente c'è qualcuno che fa delle prove serie.

Siamo in pochi a fare questo genere di prove e ti assicuro che è l'unico modo di escludere basamento motore e basamento suolo.

Io in sala prove lo faccio quasi sempre (con le duvute precauzioni) ma i clienti spesso e volentieri quando la propongo a momenti mi menano.

Voglio solo dirvi che questa prova mi è stata consigliata dalla CEMB dove ho fatto un corso qualche tempo fà

Ciao e auguri